微觀航母之飛行甲板的功能設(shè)計(jì)

希弦

“飛行第一”原則下的飛行甲板

航空母艦，正如其英文原名“Aircraft Carrier”，是aircraft+ carrier的組合，直譯過來就是“飛機(jī)搭載艦”，這也正是航母與一般水面艦船的最大不同點(diǎn)。所以，滿足艦載機(jī)的起降作戰(zhàn)需求，是航母整艦設(shè)計(jì)上的基本出發(fā)點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)，飛行甲板也就有理由成為航母整艦設(shè)計(jì)中的重要一項(xiàng)。飛行甲板的設(shè)置很大程度上影響著艦載機(jī)的起降能力，最終也就反映到航母艦載機(jī)系統(tǒng)的整體作戰(zhàn)能力上。在航母的發(fā)展過程中，隨著航母平臺(tái)包括噸位在內(nèi)的性能指標(biāo)上的提升，艦載機(jī)由活塞時(shí)代進(jìn)入噴氣時(shí)代，航母的飛行甲板也同樣經(jīng)歷了較大的變化。

俯瞰一戰(zhàn)時(shí)期航母的飛行甲板，基本是長(zhǎng)方形，直接貫通航母的首尾艦面，這樣的飛行甲板被稱為“直通式”。而現(xiàn)代航母的斜直式飛行甲板，呈現(xiàn)的是不規(guī)則的多邊形設(shè)計(jì)。這種革新性的變化是因?yàn)橹蓖ㄊ斤w行甲板有突出弱點(diǎn)。直通式飛行甲板限于飛行甲板的長(zhǎng)度，前后兩個(gè)作業(yè)區(qū)的緩沖距離太短，起飛和降落難以同時(shí)進(jìn)行，影響了航母作戰(zhàn)效能的發(fā)揮，甚至還會(huì)因艦載機(jī)的著艦失敗沖向艦艏起飛區(qū)或停機(jī)區(qū)造成嚴(yán)重的機(jī)毀人亡事故。

上世紀(jì)50年代，英國(guó)皇家海軍率先提出并驗(yàn)證了斜角甲板，進(jìn)而使得航母的飛行甲板有了兩條跑道，一條直通跑道用于起飛，一條斜跑道用于降落，斜直兩跑道相交形成的三角區(qū)正好用來停放飛機(jī)。這就是現(xiàn)代航母飛行甲板的基本樣式。這種斜直兩段式設(shè)計(jì)的飛行甲板較好地規(guī)避了飛機(jī)起降、停放和運(yùn)行操作之間的相互影響和干擾，提高了甲板作業(yè)效率，也使航母具備了起飛與著艦同時(shí)作業(yè)的能力。這也就奠定了當(dāng)下航母基本構(gòu)型上的寬大的飛行甲板和巨大的外飄舷臺(tái)結(jié)構(gòu)。這種基本構(gòu)型，使航母整艦的設(shè)計(jì)、航母飛行甲板的設(shè)計(jì)，都始終貫徹著“飛行第一”的原則。

圍繞著“飛行第一”的設(shè)計(jì)原則，除了有寬大的飛行甲板和巨大的外飄舷臺(tái)，在飛行甲板的細(xì)節(jié)上還有諸多“走心”的設(shè)計(jì)。為保證艦載機(jī)的起降安全，飛行甲板及周圍的設(shè)施都要嚴(yán)格控制。比如，飛行甲板的任何物體都不能突出甲板水平面；在飛行甲板的降落區(qū)，包括菲涅爾透鏡光學(xué)助降系統(tǒng)在內(nèi)的任何設(shè)備突出飛行甲板水平面的高度都限定在1.2米以內(nèi)。飛行甲板右舷上層建筑的形狀和布置也應(yīng)盡量避免在飛機(jī)降落時(shí)對(duì)飛行員產(chǎn)生心理上的壓力。對(duì)于常規(guī)動(dòng)力航母而言，更要考慮有各種排氣煙道的上層建筑對(duì)甲板上部氣流的擾動(dòng)影響。總之，飛行甲板上各種設(shè)施的布置都應(yīng)盡量為艦載機(jī)創(chuàng)造最佳的安全起降條件。

同時(shí)，為便于甲板飛行作業(yè)期間艦員們的艦面通行，要在飛行甲板的兩舷設(shè)置縱向裙廊和過道，以保證在飛行甲板處于作業(yè)狀態(tài)時(shí)甲板人員仍能在兩舷通行。這些裙廊和過道在設(shè)置上自然是必須低于甲板面的，但也要保證甲板作業(yè)時(shí)在裙廊和過道上的艦員能觀察到飛行甲板的情況，便于飛行作業(yè)相關(guān)的彈射、通信和消防等設(shè)備和操作的展開。在艦體的結(jié)構(gòu)上，裙廊和過道一般設(shè)置在飛行甲板和頂樓甲板之間的中間位置上，有與飛行甲板、頂樓甲板、桅桿、跑道燈以及飛行甲板下面貫穿的全艦通道的出入口。

在“飛行第一”的原則下，飛行甲板設(shè)計(jì)配置上的另一個(gè)同樣值得留意的細(xì)節(jié)是所涂覆的防滑涂層。航母的各層甲板都會(huì)相應(yīng)的涂覆涂層，而在這些涂層中尤以飛行甲板的防滑涂層最重要，因?yàn)樗苯雨P(guān)系到艦載機(jī)的出動(dòng)能力，也是涂料技術(shù)研發(fā)難度最大的。在飛行甲板上涂覆的防滑涂層，首要的用途是能夠?yàn)榕炤d機(jī)在飛行甲板上的起降作業(yè)提供足夠的摩擦力，保證艦載機(jī)起降、轉(zhuǎn)運(yùn)、停放中的安全。其次是能夠在航母飛行甲板的鋼結(jié)構(gòu)表面形成保護(hù)層，減緩艦載機(jī)著艦時(shí)對(duì)飛行甲板的沖擊力，同時(shí)有效降低海上高鹽高濕的惡劣環(huán)境、艦載機(jī)的高溫燃?xì)馕擦?，以及日常各種油料、洗滌劑、酸堿性溶劑等，對(duì)飛行甲板的沖擊、腐蝕和磨損等形式的破壞。

之所以說飛行甲板的防滑涂層是關(guān)系航母艦載機(jī)出動(dòng)能力的一個(gè)重要因素，是因?yàn)樵诤侥傅某龊２渴鸷妥鲬?zhàn)期間，應(yīng)避免頻繁修補(bǔ)防滑涂層，以免影響飛行作業(yè)。為此，對(duì)航母飛行甲板的防滑涂層有著更為苛刻的性能要求。按照美國(guó)的軍標(biāo)，航母飛行甲板著艦區(qū)的防滑涂層要能夠承受10 000次著艦，最高為15 000次。這樣也就基本與航母在半年多的海外任務(wù)部署期間近萬次的起降任務(wù)相切合。防滑涂層要做到可承受上萬次艦載機(jī)著艦時(shí)的沖擊和磨損，在研發(fā)上的難度可想而知。美國(guó)海軍也是直到2003年，在“杜魯門”號(hào)上試驗(yàn)的“抓牢”防滑涂層，才達(dá)到了這一預(yù)期理想的性能指標(biāo)，才不需在航母任務(wù)部署期間還要對(duì)防滑涂層快速修補(bǔ)2～3次，也不用在進(jìn)港維護(hù)保養(yǎng)中更換近80%區(qū)域的防滑涂層。

起飛區(qū)中的滑躍起飛甲板

飛行甲板是航母上最大的甲板，所以也是確定航母主尺度的主要依據(jù)，更是航母艦載機(jī)的主要使用作業(yè)面。飛行甲板的功能區(qū)劃分也是主要以艦載機(jī)的作戰(zhàn)使用為主線來展開的，而艦載機(jī)在飛行甲板上的周轉(zhuǎn)流程也就決定了其功能區(qū)的布局?？傮w上講，航母飛行甲板上最主要的功能區(qū)為起飛區(qū)、著艦區(qū)和停機(jī)區(qū)。艦載機(jī)的使用離不開起飛和著艦，直接關(guān)乎艦載機(jī)著艦安全的著艦區(qū)，就設(shè)置在航母艦艉至艦艏側(cè)舷的一段斜角甲板上，設(shè)置的光學(xué)助降系統(tǒng)和攔阻索以及應(yīng)急使用的攔阻網(wǎng)是航母對(duì)艦載機(jī)攔阻回收的基本設(shè)施。在美法與中俄的海軍航母上，這段斜角甲板著艦區(qū)的末端還設(shè)置著一、兩臺(tái)彈射器，或3號(hào)起飛位，在斜角甲板沒有回收任務(wù)時(shí)還擔(dān)負(fù)一定的艦載機(jī)放飛任務(wù)。對(duì)于著艦區(qū)，這一飛行甲板上的重要功能區(qū)，在本刊 2014年第2期的《微觀航母之斜角甲板發(fā)展簡(jiǎn)史》一文中已有詳盡介紹，在此從略。

飛行甲板的起飛區(qū)位于航母的艦艏部位，主要功能就是通過此區(qū)域的滑跑或彈射，讓艦載機(jī)離艦起飛，長(zhǎng)度一般為從艦艏端向后60～100米左右，大約占據(jù)航母三分之一的飛行甲板面積。美法兩國(guó)航母在彈射起飛甲板的設(shè)置上是大體相同的，只是在彈射器的數(shù)量上略有差異。彈射起飛甲板也就是在起飛區(qū)甲板下安裝了蒸汽彈射裝置。由于往期的微觀航母系列文章中對(duì)此已有介紹，所以本文重點(diǎn)關(guān)注航母起飛區(qū)的滑躍起飛甲板。

因航母艦載機(jī)起飛方式的差異，起飛區(qū)甲板的設(shè)置也有著很大不同。而艦載機(jī)起飛方式上的差異，直接造成了航母綜合作戰(zhàn)能力上的差距。直觀來看，起飛方式直接影響著艦載機(jī)的起飛效率，從而使艦載機(jī)在空中集結(jié)編組所需的時(shí)間不同。同時(shí)，由此造成的飛行甲板結(jié)構(gòu)上的不同，影響著甲板停放飛機(jī)的數(shù)量，最終造成了一波次出動(dòng)飛機(jī)的能力不同。不同起飛方式更深層次的影響是，艦載機(jī)起飛離艦時(shí)武器和燃油的掛載能力。畢竟起飛效率和出動(dòng)能力還可通過甲板作業(yè)上的優(yōu)化得以一定程度上的彌補(bǔ)，但限于起飛方式所決定的艦載機(jī)離艦時(shí)的最大起飛重量是注定無法改變的。

對(duì)于像俄海軍“庫(kù)茲涅佐夫”艦和我國(guó)海軍“遼寧”艦這種采用滑躍起飛的大型航母而言，放飛的蘇-33和殲-15“飛鯊”艦載機(jī)勢(shì)必要在武器載荷和燃油載荷之間做一定的取舍，這最終限制了二者作為重型艦載機(jī)在作戰(zhàn)半徑（航程）和武器掛載能力上的優(yōu)勢(shì)不能全面發(fā)揮。所以從航母的整體戰(zhàn)斗力和艦載機(jī)的使用效率、性能的發(fā)揮來看，彈射起飛比滑躍起飛有著全面優(yōu)勢(shì)，是更理想的起飛方式。

但各國(guó)在航母的發(fā)展上都不可能很理想地直接選擇最佳的方式，而要綜合考慮自身的技術(shù)能力和國(guó)防預(yù)算等因素。畢竟從航母的艦體結(jié)構(gòu)上來看，滑躍式起飛甲板不需要更多的技術(shù)支持，簡(jiǎn)單耐用；而彈射起飛甲板則涉及飛機(jī)彈射的設(shè)計(jì)，以及彈射器與起飛甲板的結(jié)合，技術(shù)難度大，且需要更多的維修保養(yǎng)。所以選擇適合自身的艦載機(jī)起飛方式，研制適合自身發(fā)展階段和能力需求的航母，是各國(guó)最現(xiàn)實(shí)的選擇。所以說滑躍起飛甲板為艦載機(jī)提供了開創(chuàng)性的起飛方式，性能與成本頗為平衡，成為了多國(guó)海軍在航母發(fā)展上重點(diǎn)考慮的方式。

在俄羅斯、中國(guó)、英國(guó)、意大利、西班牙、泰國(guó)和印度等國(guó)海軍采用滑躍起飛的航母中，滑躍起飛甲板的設(shè)置又可細(xì)分為整體式滑躍甲板和部分平臺(tái)式滑躍甲板。整體式滑躍甲板，也就是航母的滑躍起飛甲板的寬度占據(jù)了整個(gè)艦艏的甲板。以我國(guó)海軍的“遼寧”艦為例，整艦的艏部都是作為起飛甲板而設(shè)計(jì)的，起飛跑道105米長(zhǎng)的1號(hào)、2號(hào)起飛位正好位于斜角甲板著艦區(qū)和艦艏起飛區(qū)的邊界處，而195米長(zhǎng)的3號(hào)起飛位深入斜角甲板著艦區(qū)域，大致位于降落跑道一半的位置。這3條起飛跑道在艦艏前端交匯，上翹的艦艏起始部分略帶弧形過渡，采用14°的斜升角，在保證了具有良好短距起飛性能的艦載機(jī)實(shí)現(xiàn)滑躍起飛的同時(shí)，又能使艦載機(jī)的結(jié)構(gòu)載荷保持在極限范圍內(nèi)。

部分平臺(tái)式滑躍甲板相對(duì)于整體式滑躍甲板，顧名思義，其寬度只占據(jù)了艦艏甲板的部分寬度，或者也可以說在艦艏甲板安裝了一座滑躍起飛平臺(tái)。采用這種設(shè)計(jì)的主要是英國(guó)海軍的輕型航母（包括印度海軍接手的R-22“維拉特”號(hào)）和意大利“加富爾”號(hào)、西班牙“胡安·卡洛斯一世”等這類“業(yè)余”航母。這種部分平臺(tái)式滑躍甲板的寬度，只有艦艏甲板寬度的一半，一般只能設(shè)置一條滑躍起飛跑道，這顯然進(jìn)一步壓縮了滑躍起飛的艦載機(jī)的出動(dòng)率。不過，此消彼長(zhǎng)下的另一面是艦面預(yù)留出了更多的艦載機(jī)停機(jī)區(qū)域，增加了艦載機(jī)的停放數(shù)量和其它艦面作業(yè)空間。

當(dāng)然，這樣的設(shè)計(jì)一方面是因?yàn)椤苞_”式短距/垂直起降戰(zhàn)斗機(jī)的上艦，憑借“鷂”式優(yōu)異的短距起降性能，對(duì)滑躍起飛跑道的數(shù)量需求變得并不迫切了。加之，這類輕型航母已開始向多功能化轉(zhuǎn)型，所擔(dān)負(fù)的是防空反潛、兵力運(yùn)輸投送、戰(zhàn)場(chǎng)支援等多樣化作戰(zhàn)任務(wù)，在航空能力上的一定削弱，卻強(qiáng)化了對(duì)直升機(jī)、兩棲登陸艇、坦克等裝甲車輛和作戰(zhàn)人員的搭載和運(yùn)用能力。

停機(jī)區(qū)

隨著斜角甲板的引入，現(xiàn)代航母的飛行甲板艦艏起飛區(qū)與斜角甲板著艦區(qū)之間的交匯區(qū)域形成了大面積的三角形停機(jī)區(qū)域，這里可在不干擾艦艏甲板與斜角甲板區(qū)域作業(yè)的情況下停放調(diào)度艦載機(jī)。這里既便于艦載機(jī)向起飛區(qū)移動(dòng)，又便于著艦后不需入庫(kù)的艦載機(jī)在此?？?，同時(shí)這塊停機(jī)區(qū)域旁邊還有2～3部舷側(cè)升降機(jī)，可以用來轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)庫(kù)和飛行甲板之間的艦載機(jī)。在飛行甲板上劃設(shè)的停機(jī)區(qū)，除了這塊相對(duì)特定的區(qū)域外，航母甲板的其它區(qū)域比如舷側(cè)的升降機(jī)在某些時(shí)刻也可以用來停放飛機(jī)，在沒有艦載機(jī)回收任務(wù)時(shí)斜角甲板也可以臨時(shí)劃入停機(jī)區(qū)。

艦載機(jī)在甲板停放區(qū)內(nèi)的停放，除了基本的數(shù)量外，首先要在機(jī)種上能夠滿足作戰(zhàn)任務(wù)的需求，也就是說飛行甲板上停放的作為主力艦載機(jī)的戰(zhàn)斗機(jī)，與預(yù)警機(jī)、反潛和救援直升機(jī)、伙伴加油機(jī)、電子支援戰(zhàn)機(jī)等機(jī)種是有一定搭配要求的。其次，停機(jī)區(qū)內(nèi)的艦載機(jī)有“處于待命狀態(tài)”和“作為備份”之分，前者是指只需要作一些常規(guī)的檢測(cè)和后勤支援作業(yè)即可隨時(shí)起飛執(zhí)行任務(wù)的艦載機(jī)，后者主要用于替換計(jì)劃起飛但未能放飛的戰(zhàn)機(jī)。

艦載機(jī)在停機(jī)區(qū)幾乎都是以機(jī)頭朝著舷內(nèi)、機(jī)尾朝向舷外的方式停放。處于待命狀態(tài)的飛機(jī)和備份飛機(jī)多停放在甲板邊緣，機(jī)尾朝著舷外，這樣利于艦載機(jī)起飛前的發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱，使預(yù)熱時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)排出的高溫尾氣朝向舷外，就不會(huì)對(duì)飛行甲板上的其它艦載機(jī)和設(shè)施造成危險(xiǎn)，也不會(huì)影響到正常的甲板作業(yè)。而著艦降落后準(zhǔn)備再次循環(huán)起飛的艦載機(jī)由于其發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉迅速，可以相對(duì)較為自由地停放在飛行甲板中心、艦艏起飛區(qū)的后面。

飛行甲板的總體面積畢竟是有限的，能夠停放艦載機(jī)的空間也很有限，艦載機(jī)在停機(jī)區(qū)的停放布局需要按照飛行計(jì)劃來制定。停放在飛行甲板上的飛機(jī)既不能影響機(jī)群的起飛，又不能影響機(jī)群的降落，因而飛行甲板上艦載機(jī)的停放布列要有適合于機(jī)群起飛或機(jī)群降落的幾種不同的方案。比如甲板的飛行作業(yè)只是圍繞艦載機(jī)的放飛來展開，那么這時(shí)候斜角甲板著艦區(qū)就可以關(guān)閉，臨時(shí)劃入停機(jī)區(qū)，斜角甲板的第三、第四彈射器或者說滑躍起飛中的3號(hào)起飛機(jī)位就可以與艦艏起飛區(qū)一同放飛戰(zhàn)機(jī)。

航母雖是海軍中體量最大的作戰(zhàn)艦艇，但即使是十萬噸級(jí)在茫茫大洋上也只是一葉扁舟，特別是在較為惡劣的海況下更是風(fēng)雨飄搖。那么航母作為海上運(yùn)動(dòng)中的艦載機(jī)載體，艦載機(jī)在飛行甲板上的停放，首先必須要遵循一定的規(guī)則，以保障艦載機(jī)的安全和整個(gè)飛行甲板的運(yùn)行秩序。這其中最基本的前提是，將艦載機(jī)牢固地固定在飛行甲板上，而“錨鏈”和艦面的“系留孔”就組成了艦上系留設(shè)備，通過對(duì)艦載機(jī)幾個(gè)關(guān)鍵部位的系牢，進(jìn)而把艦載機(jī)固定在飛行甲板上，防止艦載機(jī)在飛行甲板上產(chǎn)生滑動(dòng)和翻滾。而在惡劣海況下，即便系留艦載機(jī)的錨鏈增加到十幾二十條，有時(shí)也還是難免意外的發(fā)生。

飛行甲板的停機(jī)區(qū)內(nèi)除了設(shè)置系留孔，以便在艦載機(jī)停放時(shí)對(duì)其加以系留固定外，在周圍還要配套設(shè)置供油、供電、供氣、供水以及信息數(shù)據(jù)接口等一系列設(shè)施。這種設(shè)計(jì)被稱作“維修點(diǎn)”（Pit Stop）。特別是艦載機(jī)自身的可靠性、穩(wěn)定性越來越高，使艦載機(jī)的出勤率、出動(dòng)能力也大幅增強(qiáng)，已經(jīng)具備了多波次循環(huán)起降的能力。那么隨著在停機(jī)區(qū)設(shè)置“維修點(diǎn)”，攔阻著艦回收后的艦載機(jī)就可以直接滑入停機(jī)區(qū)的維修點(diǎn)，經(jīng)過維護(hù)檢修、彈藥補(bǔ)給等飛行準(zhǔn)備工作后即可再次放飛。事實(shí)證明，停機(jī)區(qū)中維修點(diǎn)的設(shè)置，減少了在維護(hù)補(bǔ)給等艦面作業(yè)中重新停放艦載機(jī)的次數(shù)，即在一定程度上提高了單機(jī)出動(dòng)率。